二級(jí)公路砂礫填筑路基壓實(shí)度現(xiàn)場試驗(yàn)研究

魯 宏

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

0 前 言

在山區(qū)高等級(jí)公路路基施工過程中，為了就地取材以降低施工綜合造價(jià)，經(jīng)常將山區(qū)廣泛分布的砂礫材料直接作為路基填筑料，通過現(xiàn)場試驗(yàn)檢測方式以控制路基的壓實(shí)度指標(biāo)，保證填筑后路基結(jié)構(gòu)滿足承載力、抗變形剛度、荷載穩(wěn)定性及防滲性等要求。考慮到施工現(xiàn)場環(huán)境、地質(zhì)結(jié)構(gòu)形式等影響因素存在較大差異，為了保證項(xiàng)目現(xiàn)場的施工質(zhì)量，必須采用現(xiàn)場試驗(yàn)法，對(duì)路基壓實(shí)度進(jìn)行試驗(yàn)檢測，一方面能保證路基壓實(shí)度指標(biāo)滿足施工要求，另一方面能彌補(bǔ)室內(nèi)試驗(yàn)的不足和缺陷。

1 二級(jí)公路砂礫填筑路基現(xiàn)場試驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容

為了滿足施工項(xiàng)目現(xiàn)場施工質(zhì)量控制的基本要求，應(yīng)采用現(xiàn)場試驗(yàn)法對(duì)砂礫填筑路基結(jié)構(gòu)的壓實(shí)度和彈性模量進(jìn)行試驗(yàn)檢測和控制，在現(xiàn)場試驗(yàn)過程中，摸索出一套滿足現(xiàn)場施工要求的快速聯(lián)合檢測流程和方式，旨在提高現(xiàn)場路基填筑料的試驗(yàn)檢測效率。現(xiàn)場施工過程中，應(yīng)先選定試驗(yàn)標(biāo)段作為試驗(yàn)填筑段，以試驗(yàn)段相關(guān)試驗(yàn)控制數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，以指導(dǎo)后續(xù)的大規(guī)模路基填筑及壓實(shí)施工。現(xiàn)場試驗(yàn)采集數(shù)據(jù)應(yīng)包括：壓實(shí)度指標(biāo)和彈性模量。其中，壓實(shí)度指標(biāo)現(xiàn)場檢測建議使用灌砂法；路基填筑混合料彈性模量試驗(yàn)檢測采用荷載板法和PFWD法，具體現(xiàn)場試驗(yàn)檢測應(yīng)遵照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E40—2017)執(zhí)行。

2 二級(jí)公路砂礫填筑路基壓實(shí)性能現(xiàn)場試驗(yàn)檢測

2.1 灌砂法測二級(jí)公路砂礫填筑路基壓實(shí)性能

為了控制現(xiàn)場試驗(yàn)檢測投入，擬使用技術(shù)成熟的灌砂法作為壓實(shí)度指標(biāo)檢測技術(shù)。灌砂法操作流程簡單，試驗(yàn)檢測技術(shù)成熟，非常適合于現(xiàn)場試驗(yàn)檢測，在利用灌砂法進(jìn)行試驗(yàn)檢測時(shí)，必須嚴(yán)格遵循試驗(yàn)操作規(guī)程，防止因試驗(yàn)不合規(guī)導(dǎo)致的試驗(yàn)數(shù)據(jù)離散問題。在對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)標(biāo)段內(nèi)，選定尺寸參數(shù)為300 mm×300 mm整體平整的地面，并保證試驗(yàn)面干凈整潔。本試驗(yàn)段路基填筑材料為天然砂礫碎石，碎石粒徑較大，應(yīng)選用盛滿m1型砂筒放置在基準(zhǔn)板圓孔上方，開啟灌砂筒開關(guān)，保證灌砂筒內(nèi)的m5勻速流入基準(zhǔn)板內(nèi)，灌砂完成后，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉開關(guān)，稱取筒內(nèi)殘留砂質(zhì)量m2。將基準(zhǔn)板再次放置到清理完的土體表面，并沿著基準(zhǔn)板中央開槽，開槽內(nèi)徑值取300 mm為宜，在開槽階段，將開挖的土體全部收集到密封袋內(nèi)，做好密封，防止開挖土體內(nèi)的水分散失。開槽完畢后，及時(shí)稱量密封袋質(zhì)量，去毛重以后，得到對(duì)應(yīng)的開槽土體質(zhì)量m‘。將開槽土體樣本置入烘干箱內(nèi)，測定對(duì)應(yīng)樣本的含水率指標(biāo)。將灌砂筒置于基準(zhǔn)板中央，保證筒內(nèi)剩余砂石質(zhì)量達(dá)到m3，保證基準(zhǔn)板和開槽孔道表面保持平整，開啟灌砂筒開關(guān)，直至灌砂筒內(nèi)的砂石停止流動(dòng)時(shí)關(guān)閉開關(guān)，稱量對(duì)應(yīng)的殘余質(zhì)量m4。圖1為灌砂法試驗(yàn)測試現(xiàn)場情況。

圖1 砂法試驗(yàn)測試現(xiàn)場情況

采用灌砂法對(duì)路基結(jié)構(gòu)壓實(shí)度指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)測試，得到以下試驗(yàn)標(biāo)段內(nèi)的壓實(shí)度測試指標(biāo)，具體如表1所示。

表1 試驗(yàn)段灌砂法壓實(shí)度結(jié)果統(tǒng)計(jì) %

詳細(xì)分析表1可知，在路基夯實(shí)施工完畢后，不同壓實(shí)度試驗(yàn)點(diǎn)位的壓實(shí)度指標(biāo)均不小于97%，表明天然砂礫填筑路基結(jié)構(gòu)經(jīng)壓實(shí)施工以后的壓實(shí)度滿足最基本的設(shè)計(jì)及施工規(guī)范要求。采集到的壓實(shí)度指標(biāo)基本為97%～100%，表明本標(biāo)段壓實(shí)施工組織及施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及施工要求。在路基填筑料的松鋪厚度值為320 mm時(shí)，對(duì)應(yīng)的壓實(shí)度指標(biāo)均值為99.1%，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求的97%限值，在路基填筑料的松鋪厚度值為460 mm時(shí)，對(duì)應(yīng)的壓實(shí)度指標(biāo)均值為98.5%，雖然比松鋪厚度為320 mm時(shí)的壓實(shí)度指標(biāo)下降了約0.6%，但同樣也滿足97%壓實(shí)度指標(biāo)的限值要求。表明在相同壓實(shí)施工工況條件下，天然砂礫路基的松鋪厚度對(duì)壓實(shí)度指標(biāo)有一定程度的影響，但并沒有質(zhì)的影響，且松鋪厚度和對(duì)應(yīng)壓實(shí)度指標(biāo)呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

2.2 二級(jí)公路砂礫填筑路基動(dòng)彈性模量試驗(yàn)檢測及結(jié)果

PFWD法主要應(yīng)用在天然砂礫碎石填筑路基承載能力測定方面，能夠及時(shí)獲取路基結(jié)構(gòu)的動(dòng)彈性模量指標(biāo)，PFWD測試技術(shù)具備測試效率高、操作便捷、自動(dòng)化識(shí)別能力高及應(yīng)用范圍廣等優(yōu)勢(shì)。常用的PFWD測試系統(tǒng)主要由荷載加載系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)構(gòu)成。PFWD試驗(yàn)檢測設(shè)備的工作原理為：將固定質(zhì)量的重錘提升至對(duì)應(yīng)高度，在自重作用下下落至承載板上，產(chǎn)生與提升高度呈正比的沖擊荷載，在沖擊作用下，基準(zhǔn)板產(chǎn)生相應(yīng)的豎向位移，基準(zhǔn)板沉降過程中，荷載及位移數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)采集，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，計(jì)算機(jī)內(nèi)部嵌入計(jì)算程序，實(shí)時(shí)計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的動(dòng)彈性模量值。

在擬試驗(yàn)檢測標(biāo)段的路基表面布設(shè)承載板，保證檢測點(diǎn)位和路面沉降觀測點(diǎn)相重合，正式測試之前應(yīng)再次確認(rèn)檢測點(diǎn)位的定位精度和試驗(yàn)檢測件之間的連接可靠性，保證試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，具體操作步驟如下：①選取合適的檢測點(diǎn)位，將承載板放置在路基表面，如果路基表面的粗糙度不滿足要求，應(yīng)在承載板下增設(shè)一層細(xì)砂石層；②將PFWD試驗(yàn)檢測設(shè)備安裝在承載板上，妥善連接數(shù)據(jù)端口，將沖擊桿提升至導(dǎo)桿頂部，保持沖擊桿垂直，開啟控制端，讓落錘自由下落，重復(fù)上述操作2～3次；③沖擊完成以后，內(nèi)置計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算路基填筑結(jié)構(gòu)的動(dòng)彈性模量指標(biāo)，指標(biāo)數(shù)據(jù)包括：均值、方差等；④拆除PFWD檢測設(shè)備，以前一個(gè)點(diǎn)位的測試流程為基礎(chǔ)，進(jìn)行后一個(gè)試驗(yàn)檢測點(diǎn)位的檢測。表2為對(duì)應(yīng)試驗(yàn)標(biāo)段內(nèi)的路基填筑段動(dòng)彈性模量實(shí)地檢測結(jié)果。

表2 試驗(yàn)標(biāo)段內(nèi)的路基填筑段動(dòng)彈性模量實(shí)地檢測結(jié)果

分析上表統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，基層的動(dòng)彈性模量均值為0.053 GPa，表層的動(dòng)彈性模量均值為0.072 GPa，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)基本集中在0.05～0.08 GPa范圍內(nèi)，現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)分布整體集中，基層的松鋪厚度較表層的松鋪層厚度大，動(dòng)彈性模量值與松鋪厚度變化相吻合，試驗(yàn)檢測結(jié)果與采用灌砂法測定的壓實(shí)度指標(biāo)總體相吻合，側(cè)面驗(yàn)證了灌砂法檢測結(jié)果的可靠性。

3 總 結(jié)

本文以省內(nèi)某山區(qū)二級(jí)公路路基標(biāo)段施工項(xiàng)目為研究對(duì)象，詳細(xì)分析了采用天然砂礫碎石填筑路基試驗(yàn)段的現(xiàn)場壓實(shí)度測試過程，采用灌砂法和PFWD兩種方法分別測定填筑路基的壓實(shí)度及動(dòng)彈性模量指標(biāo)，對(duì)天然砂礫填筑路基的壓實(shí)性能進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，彌補(bǔ)了室內(nèi)試驗(yàn)的缺陷；通過分析兩種試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)標(biāo)段內(nèi)的路基壓實(shí)度滿足設(shè)計(jì)及施工要求，為后續(xù)的山區(qū)公路天然砂礫填筑路基施工和現(xiàn)場快速試驗(yàn)檢測技術(shù)提供了參考和借鑒。